MEDICINA E CHIRURGIA 2014-2015 LM-41 Medicina e Chirurgia “Chirone” Sede formativa di Palermo INSEGNAMENTO/CORSO CHIMICA E BIOCHIMICA INTEGRATO Base TIPO DI ATTIVITÀ AMBITO DISCIPLINARE Basi atomiche e molecolari della natura. Struttura, reattività, funzione e metabolismo delle molecole d'interesse biologico 17447 CODICE INSEGNAMENTO SI ARTICOLAZIONE IN MODULI 2 NUMERO MODULI BIO/10 SETTORI SCIENTIFICO DISCIPLINARI FRANCESCA DI GAUDIO DOCENTE COINVOLTO Ricercatore Confermato (Modulo 1) DIBIMEF Scuola di Medicina e Chirurgia- Università degli Studi di Palermo MARIA CONCETTA GUELI DOCENTE Assistente Ordinario RESPONSABILE Dipartimento di Biomedicina sperimentale e Neuroscienze (Modulo 2) Cliniche (BIONEC) Scuola di Medicina e Chirurgia, Università degli Studi di Palermo 12 CFU 180 NUMERO DI ORE RISERVATE ALLO STUDIO PERSONALE 120 NUMERO DI ORE RISERVATE ALLE ATTIVITÀ DIDATTICHE ASSISTITE Nessuna PROPEDEUTICITÀ Primo ANNO DI CORSO SEDE DI SVOLGIMENTO Complesso didattico di via Parlavecchio 3, Palermo DELLE LEZIONI Lezioni frontali, esercitazioni in aula, esercitazioni in laboratorio ORGANIZZAZIONE DELLA DIDATTICA Obbligatoria MODALITÀ DI FREQUENZA Prove scritte e prove orali in itinere. METODI DI Prova finale orale VALUTAZIONE - Prova in itinere di Chimica e Propedeutica biochimica con TIPO DI VALUTAZIONE valutazione in trentesimi - Esame finale viene valutato con voto in trentesimi Primo semestre: Modulo di Chimica e Propedeutica biochimica PERIODO DELLE LEZIONI Secondo semestre: Modulo di Biochimica SCUOLA ANNO ACCADEMICO CORSO DI LAUREA (o LAUREA MAGISTRALE) CALENDARIO DELLE ATTIVITÀ DIDATTICHE Primo semestre: Modulo di Chimica e Propedeutica biochimica (dal 29 settembre al 5 dicembre 2014) Lunedì Martedì 15 - 17 Mercoledì Giovedì 15 - 17 Venerdì 15 - 17 Secondo semestre: Biochimica (da confermare) ORARIO DI RICEVIMENTO DEGLI STUDENTI Lunedì Martedì Mercoledì Giovedì Venerdì 12.00-13.00 12.00-13.00 12.00-13.00 12.00-13.00 12.00-13.00 Prof. Francesca Di Gaudio: Sabato mattina 8.15-12.00 presso CQRC (Via Del Vespro,133) - Previo raccordo via email all’indirizzo [email protected]. Prof. Maria Concetta Gueli: Tutti i giorni previo raccordo via email all’indirizzo [email protected] RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI Conoscenza e capacità di comprensione: lo studente deve conoscere e comprendere le basi atomiche, molecolari e chimico fisiche della materia, le caratteristiche degli elementi e delle molecole ed i principi alla base del loro comportamento chimico-fisico, la struttura e le proprietà dei composti organici e delle macromolecole di interesse biologico. Gli studenti dovranno inoltre conoscere le basi biochimiche e molecolari delle attività cellulari e comprendere i meccanismi che regolano i processi metabolici. In particolare, dovranno conoscere le molecole di interesse biologico ed i principali processi metabolici nei quali sono coinvolte; conoscere e comprendere la modalità d’azione degli enzimi, le basi della loro regolazione e della catalisi, le basi della bioenergetica. Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve saper applicare le conoscenze acquisite per interpretare il comportamento delle molecole in ambito biologico ed avere la capacità di comprendere i meccanismi molecolari alla base dei processi metabolici e della vita. Autonomia di giudizio: Lo studente deve saper acquisire quell’autonomia conoscitiva che gli permetta di valutare le interazioni tra i diversi processi metabolici ed i possibili effetti di sostanze xenobiotiche. Abilità comunicative: Lo studente deve saper rappresentare per via orale e scritta, con linguaggio tecnico scientifico appropriato gli argomenti affrontati. Capacità d’apprendimento: Lo studente deve sviluppare una metodologia di studio scientifica che gli permetta di saper interpretare e approfondire le problematiche biochimiche che gli si presenteranno nel proseguo dello studio e della carriera; deve acquisire la capacità di integrare le conoscenze acquisite e mostrare un approccio critico ed un atteggiamento orientato alla ricerca, dimostrando di essere in grado di formulare giudizi personali per risolvere problemi analitici e saper ricercare autonomamente l’informazione scientifica. OBIETTIVI FORMATIVI DEL MODULO 1 Conoscere le basi atomiche e molecolari della materia Conoscere le basi atomiche e molecolari dei processi vitali Conoscere le caratteristiche degli elementi e delle molecole presenti nei sistemi biologici ed i principi alla base del loro comportamento ai fini della comprensione dei processi metabolici umani MODULO 1 ORE FRONTALI 2 3 4 4 3 4 2 4 1 3 3 CHIMICA E PROPEDEUTICA BIOCHIMICA ATTIVITA’ DIDATTICHE FRONTALI PROGRAMMA CHIMICA GENERALE 1. CALCOLI E MISURE: Introduzione, Metodo Scientifico, Materia, Sistemi di misura, Principali unità di misura, Accuratezza, Precisione, Errori, Espressioni significative e Notazioni Scientifiche, Cifre significative nei Calcoli. 2 ore 2. ATOMI, MOLECOLE E MODELLI ATOMICI: Introduzione, Struttura atomica, Configurazioni Elettroniche, Livelli e Sottolivelli energetici, Regola dell’ottetto, Riempimento elettronico, Tavola Periodica, Orbitali e teoria MO, Proprietà periodiche. 4 ore 3. LEGAME CHIMICO E FORZE INTERMOLECOLARI: la teoria del legame chimico, Composti Covalenti, Composti ionici, Ioni Poliatomici, Complessi e Composti di coordinazione, Nomenclatura, Geometria della molecole, Polarità, Tipi di forze esistenti fra i composti ionici e polari, Legame ad idrogeno, Strutture di Lewis. 4 ore 4. REAZIONI CHIMICHE: Classificazione delle reazioni chimiche, Leggi chimiche, Bilanciamento delle equazioni, Numero di ossidazione e Reazioni Redox, Reazioni omogenee ed eterogenee, Equazioni ioniche, Rapporti ponderali, Reagenti in eccesso e limitanti. 4 ore 5. STATI DELLA MATERIA: Energia Cinetica e Potenziale, Stato Solido, Stato Liquido, Stato Gassoso, Plasma, Cambiamenti di stato. 4 ore 6. SOLUZIONI: Tipologie, Modi di esprimere la concentrazione e Stechiometria delle soluzioni, Solubilità, Soluzioni Acquose, Tensione di Vapore, Proprietà Colligative, Osmosi, Dialisi, Sol, Gel e Colloidi. 4 ore 7. TERMODINAMICA E CINETICA: Grandezze termodinamiche e Leggi termodinamiche di interesse chimico, Velocità di reazione, Equilibrio chimico, Catalisi, Equilibrio, Principio di Le Chatelier. 2 ore 8. ACIDI BASI E SALI: Teorie acido-base, Acidi e Basi e loro proprietà, Forza degli equilibri acido base, pH e pOH, Sali ed loro Idrolisi, Titolazione, Tamponi e tamponi biologici. 4 ore 9. REAZIONI NUCLEARI: Introduzione, Principali tipi di radiazioni, Tempo di dimezzamento, Fissione e Fusione, Isotopi Radioattivi - Applicazioni Mediche - Sicurezza in campo radiativo. 1 ore 10. ALCANI: Ibridazione del carbonio; Alcani, Formule, Nomenclatura, Strutture, Conformazioni, Isomeri e stereoisomeri, Cicloalcani, Fonti e reazioni, Combustione e alogenazione degli alcani, Alogenuri alchilici; Attività ottica, Racemi, Composti con più centri chirali, Risoluzione di racemi, Decorso stereochimico nella formazione di centri chirali. 4 ore 11. IDROCARBURI INSATURI: Proprietà, Alcheni e Nomenclatura, Alchini e Nomenclatura, Isomeri Geometrici, Reazioni degli Alcheni e degli Alchini, 2 3 1 3 3 4 3 2 2 2 2 Dieni coniugati, Sistemi allilici, Addizione elettrofila agli alcheni ed alchini, Idrogenazione catalitica, Polimerizzazioni, Idrocarburi Aromatici e reazioni. 4 ore 12. ALOGENURI ALCHILICI: reazioni di Sostituzione nucleofila ed Eliminazione, Reattivi di Grignard. 2 ore 13. COMPOSTI AROMATICI: Aromaticità ed Eteroaromaticità, Benzene e derivati, Sostituzione elettrofila aromatica, Effetti elettronici dei sostituenti, Fenoli e chinoni, Alogenuri arilici, Ammine: struttura e reattività, Composti eterociclici: Pirrolo, Imidazolo, Piridina, Pirimidina, Purine, Tautomeria nelle strutture eterocicliche. 4 ore 14. ALCOLI: Alcoli, Dioli, Glicerolo, vie sintetiche e reazioni. 15. COMPOSTI CARBONILICI: Aldeidi e chetoni, Addizione nucleofila, Semiacetali, Acetali, Cianidrine, Immine, Enammine. Ossidazione e riduzione, Acidità degli idrogeni in  Tautomeria cheto-enolica, Carbanioni, Condensazioni aldoliche. 16. ACIDI CARBOSSILICI E DERIVATI: Acidi carbossilici e loro derivati, Sostituzione nucleofila acilica, Cloruri degli acidi, Ammine ed Amidi, Anidridi, Esteri, Tioesteri, Condensazione di Claisen, Esterificazione ed idrolisi degli esteri, Ossiacidi, Chetoacidi, Acidi bicarbossilici, Esteri ed Anidridi di importanza biologica. 17. CARBOIDRATI: Monosaccaridi, Serie steriche, Strutture cicliche, Mutarotazione, Legame glicosidico, Glicosidi, Ossidazione, Riduzione, Zuccheri riducenti, Ribosio, Desossiribosio, Glucosio, Galattosio, Mannosio, Fruttosio, Disaccaridi (Maltosio, Cellobiosio, Lattosio, Saccarosio), Polisaccaridi (Amilosio, Amilopectina, Cellulosa, Glicogeno), Amminozuccheri. 18. LIPIDI: Acidi grassi saturi ed insaturi, Acidi grassi omega 3 ed omega 6, Lipidi semplici e complessi, Terpeni e Steroidi, Fosfolipidi, ruolo biologico dei lipidi, Detergenti e Saponi, Lipidi di interesse alimentare 19. PROTEINE: Amminoacidi: struttura e configurazione, equilibri acido-base degli amminoacidi e dei peptidi, punto isoelettrico ed isoionico, Legame peptidico - Strutture peptidiche, Sintesi dei polipeptidi, Enzimi. 20. ACIDI NUCLEICI: Basi Puriniche e Pirimidiniche - Aspetti strutturali di Nucleosidi e Nucleotidi, polimeri di acidi nucleici. 21. VITAMINE: struttura chimica e funzione. 22. APPROFONDIMENTI: caratteristiche di un ciclo metabolico e bilanci energetici, aspetti biochimico clinici e gestionali della medicina di laboratorio. Totale: 60 ESERCITAZIONI Esercitazioni in aula singole ed a gruppi su:  calcoli stechiometrici  comportamento e reattività delle molecole organiche in vitro e nei sistemi biologici TESTI CONSIGLIA TI TESTI CONSIGLIATI: CHIMICA E PROPEDEUTICA BIOCHIMICA con inclusi il kit di modellistica molecolare. F. A. Bettelheim, W. H. Brown, M. K. Campbell, S. Farrell I edizione 2011 – EDISES STECHIOMETRIA P. Giannoccaro S. Doronzo II edizione 2009 – EDISES TESTI ALTERNATIVI: CHIMICA ORGANICA H. HART CHIMICA ORGANICA - ZANICHELLI CHIMICA KOTZ E PURCELL CHIMICA IV edizione 2009 - EDISES STECHIOMETRIA G. ALONSO ESERCIZI DI CHIMICA EDIERMES non più in stampa OBIETTIVI FORMATIVI DEL MODULO 2 Conoscenza dettagliata delle molecole di interesse biologico e dei principali processi metabolici nei quali sono coinvolte. Conoscenza e comprensione della modalità d’azione degli enzimi, delle basi della loro regolazione e della catalisi. Conoscenza e comprensione delle basi della bioenergetica. MODULO 2 ORE FRONTALI Totale: 60 BIOCHIMICA ATTIVITA’ DIDATTICHE FRONTALI – OBIETTIVI SPECIFICI E PROGRAMMA PROGRAMMA 3 5 4 8 Trasporto di membrana Diffusione semplice e facilitata. Trasporto attivo. Trasportatori di glucosio (GLUT). Simporto Na+-glucosio. ATPasi Na+/K+-dipendente. ATPasi Ca++dipendente. Altri sistemi di trasporto per il calcio. La Fibrosi cistica. Meccanismi di trasduzione del segnale Sistema dell’adenilato ciclasi. Tossina del tetano e del botulismo.Tossina colerica. Tossina pertossica e difterica. Sistema dei fosfoinositidi. Sistema Ca++-calmodulina. GMP ciclico (cGMP). Guanilato ciclasi di membrana e citosolubile. Ossido nitrico sintasi (NOS). Processo della visione. Vitamina A. Trasducina. Cromoproteine leganti ossigeno Mioglobina (Mb). Emoglobina (Hb). Trasporto dell’ossigeno. Trasporto dell’anidride carbonica. Azione tampone dell’Hb. Metabolismo di Hb Metaemoglobina. Carbossiemoglobina. Emoglobine atipiche. Emoglobinopatie. Enzimi Generalità. Meccanismo di catalisi enzimatica. Sito attivo. Specificità. Isoenzimi. Enzimi costitutivi ed induttivi. Cinetica enzimatica: influenza della concentrazione del substrato; influenza della concentrazione dell’enzima; influenza di temperatura e pH. Costante di Michaelis-Menten. Reazioni sequenziali ed a ping-pong. Sistemi cooperativi di Monod e di Koshland. Meccanismi di inibizione enzimatica. Inibitori degli enzimi in Medicina. ACE-inibitori. Antifolici. Aspirina. Regolazione dell’attività enzimatica. Regolazione allosterica. Modifiche covalenti: fosforilazione, ADP-ribosilazione. PARP. Conversione di zimogeni in enzimi attivi. Enzimi plasmatici in medicina. 14 12 8 Metabolismo dei glucidi Ingresso del glucosio nelle cellule. Fosforilazione del glucosio. Esochinasi e glucochinasi. Metabolismo del glicogeno: Glicogenolisi e glicogenosintesi. Controllo della glicemia. Glicolisi in presenza ed assenza di ossigeno. Gluconeogenesi. Ciclo di Cori. Trasferimento degli equivalenti riducenti dal citoplasma ai mitocondri mediante i sistemi pendolari: sistema fosfodiossiacetone/glicerolo-3-fosfato; sistema malato/aspartato. Ossidazione del piruvato. Ciclo di Krebs. Ciclo dei pentoso-fosfati. Metabolismo dell’acido glucuronico. Metabolismo del fruttosio. Metabolismo del galattosio. Glicosamminoglicani. Metabolismo dell’etanolo. Metabolismo dei lipidi Lipoproteine: generalità. Destino dei chilomicroni. VLDL e loro destino. Recettori per LDL. Aterosclerosi. Recettore “scavenger”. Utilizzazione metabolica degli acidi grassi. Albumina. Trasporto degli acili attraverso la membrana interna dei mitocondri: funzione della carnitina. β-ossidazione degli acidi grassi. Metabolismo dei corpi chetonici. Chetosi e chetoacidosi. Biosintesi degli acidi grassi. Metabolismo dei trigliceridi. Metabolismo dei fosfolipidi. Metabolismo del colesterolo: Acidi biliari e Vitamina D. 2 Metabolismo degli amminoacidi Amminoacidi essenziali e non essenziali. Catabolismo degli amminoacidi. Transaminazione. Deaminazione ossidativa. Decarbossilazione. Destino metabolico dell’ammoniaca. Metabolismo del glutammato. GABA. Sintesi e catabolismo della glutammina. Sintesi del carbamilfosfato. Ciclo dell’urea. Metabolismo della metionina e omocisteina. Metabolismo del Triptofano. Metabolismo dell’istidina. Metabolismo della fenilalanina e della tirosina. Fenilchetonuria, tirosinosi, alcaptonuria, albinismo. Le poliammine. Creatina e fosfocreatina: biosintesi e funzione. 2 Fosforilazione ossidativa Catena delle ossido-riduzioni biologiche, coenzima Q, citocromi, ATP sintetasi. Fosforilazione a livello del substrato. Agenti che interferiscono con la fosforilazione ossidativa. 2 Vitamine Considerazioni generali. Caratteri e funzioni delle vitamine liposolubili ed idrosolubili. Vitamine B1, B6 e B12. Acidi folici. Metabolismo dell’unità monocarboniosa. Metabolismo dei nucleotidi Biosintesi dei nucleotidi purinici e pirimidinici. Biosintesi dell’acido timidilico. Sintesi dei nucleotidi per recupero. Catabolismo dei nucleotidi purinici. Metabolismo dell’acido urico. Iperuricemie. Adenosina. ESERCITAZIONI TESTI 1. Nelson D.L., Cox M.M. I Principi di Biochimica di Lehninger, CONSIGLIATI (Nuove edizioni) 2. 3. 4. 5. 6. 7. Zanichelli Baynes JW., Dominiczack MH.Biochimica per le discipline biomediche, CEA Ambrosiana Siliprandi N., Tettamanti G. Biochimica Medica, Ed. Piccin Devlin T.M. Biochimica con aspetti clinici, Ed. Idelson-Gnocchi Murray RK, et al. Harper Biochimica, Ed. McGraw-Hill Berg J.M., Tymoczko J.L., Stryer L. Biochimica, 5a ed. italiana2003, Zanichelli Garrett R.H., Grisham C.M. Biochimica, Ed. Zanichelli